Du monoxyde de carbone manquant trouvé caché dans la glace

Mais depuis une dizaine d’années, quelque chose ne s’est pas ajouté en ce qui concerne les observations de monoxyde de carbone, déclare Diana Powell, boursière Hubble de la NASA au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.

Un énorme morceau de monoxyde de carbone manque dans toutes les observations de disques, si les prédictions actuelles des astronomes sur son abondance sont correctes.

Maintenant, un nouveau modèle – validé par des observations avec ALMA – a résolu le mystère : le monoxyde de carbone s’est caché dans des formations de glace à l’intérieur des disques. Les résultats sont décrits aujourd’hui dans la revue Astronomie naturelle.

“C’est peut-être l’un des plus gros problèmes non résolus dans les disques de formation de planètes”, déclare Powell, qui a dirigé l’étude. “Selon le système observé, le monoxyde de carbone est trois à 100 fois inférieur à ce qu’il devrait être ; c’est vraiment énorme.”

Et les inexactitudes du monoxyde de carbone pourraient avoir d’énormes implications pour le domaine de l’astrochimie.

“Le monoxyde de carbone est essentiellement utilisé pour tracer tout ce que nous savons sur les disques – comme la masse, la composition et la température”, explique Powell. “Cela pourrait signifier que bon nombre de nos résultats pour les disques ont été biaisés et incertains parce que nous ne comprenons pas assez bien le composé.”

Intriguée par le mystère, Powell a mis son chapeau de détective et s’est appuyée sur son expertise en physique derrière les changements de phase – lorsque la matière se transforme d’un état à un autre, comme un gaz se transformant en solide.

Sur une intuition, Powell a apporté des modifications à un modèle astrophysique qui est actuellement utilisé pour étudier les nuages ​​sur les exoplanètes ou les planètes au-delà de notre système solaire.

“Ce qui est vraiment spécial avec ce modèle, c’est qu’il a une physique détaillée de la façon dont la glace se forme sur les particules”, explique-t-elle. “Alors, comment la glace se nuclée sur de petites particules, puis comment elle se condense. Le modèle suit soigneusement où se trouve la glace, sur quelle particule elle se trouve, quelle est la taille des particules, quelle est leur petite taille, puis comment elles se déplacent.”

Powell a appliqué le modèle adapté aux disques planétaires, dans l’espoir de générer une compréhension approfondie de la façon dont le monoxyde de carbone évolue au fil du temps dans les pépinières planétaires. Pour tester la validité du modèle, Powell a ensuite comparé sa sortie aux observations ALMA réelles de monoxyde de carbone dans quatre disques bien étudiés – TW Hya, HD 163296, DM Tau et IM Lup.

Les résultats et les modèles ont très bien fonctionné, dit Powell.

Le nouveau modèle s’est aligné sur chacune des observations, montrant que les quatre disques ne manquaient pas du tout de monoxyde de carbone – il venait de se transformer en glace, qui est actuellement indétectable avec un télescope.

Les observatoires radio comme ALMA permettent aux astronomes de voir le monoxyde de carbone dans l’espace dans sa phase gazeuse, mais la glace est beaucoup plus difficile à détecter avec la technologie actuelle, en particulier les grandes formations de glace, dit Powell.

Le modèle montre que contrairement aux idées reçues, le monoxyde de carbone se forme sur de grosses particules de glace, surtout après un million d’années. Avant un million d’années, le monoxyde de carbone gazeux est abondant et détectable dans les disques.

“Cela change la façon dont nous pensions que la glace et le gaz étaient distribués en disques”, déclare Powell. “Cela montre également qu’une modélisation détaillée comme celle-ci est importante pour comprendre les principes fondamentaux de ces environnements.”

Powell espère que son modèle pourra être validé davantage à l’aide d’observations avec le télescope Webb de la NASA – qui peut être assez puissant pour enfin détecter la glace dans les disques, mais cela reste à voir.

Powell, qui aime les changements de phase et les processus compliqués qui les sous-tendent, dit qu’elle est impressionnée par leur influence. “La physique de la formation de glace à petite échelle influence la formation et l’évolution des disques – c’est vraiment cool.”